La théorie kantique de l'information

Science et vie, no 1019, août 2002
La revue la plus passionnante ce mois-ci est sans nul doute Science et vie. Ce n'est certes pas le dossier de couverture sur l'explication scientifique (!) de la religion qui mérite le détour alors qu'on nous annonce des banalités sur nos croyances, nos projections, notre anthropomorphisme et qu'on prétend avec cela expliquer les religions et pourquoi on croit en Dieu ! La réponse donnée est bien insuffisante, ni étonnante, ni nouvelle. Pascal Boyer ne comprend ni le caractère historique, ni le caractère social, ni le caractère cognitif des religions. C'est beaucoup. On ne peut ramener les religions à des systèmes de (fausses) croyances qui peuvent s'attraper comme une épidémie selon de mystérieuses connivences avec notre cerveau alors qu'il n'y a que très récemment que la religion est devenue une affaire privée, un marché multiculturel dont cette "fausse croyance scientifique" n'est que la traduction idéologique. Il faut le répéter à chaque fois, le biologisme refoule l'histoire, perdant sa dimension cognitive et cumulative, ramenée à des structures organiques qui n'évoluent guère pourtant. On ne peut identifier fausses croyances et religion qu'à s'imaginer qu'il y a le vrai d'un côté et l'illusion de l'autre, alors qu'il n'est pas si facile de partager vérités et croyances comme le montraient les numéros du mois de Mai de Sciences Humaines et La Recherche, illustrant les incertitudes d'un savoir basé fondamentalement sur l'analogie. Il semble donc qu'on a affaire ici à une résurgence du scientisme de la revue, à son caractère tonitruant et grand public. Cependant, si cet aspect permet sans doute d'avoir un lectorat très large, les articles qui suivent corrigent largement ce simplisme apparent, en revenant sur les croyances primitives et sur les thèses de Jacques Cauvin dans "Naissance des divinités, naissance de l'agriculture", même s'il aurait été nécessaire, à mon avis, de parler du "Désenchantement du monde " de Marcel Gauchet pour en comprendre les enjeux.

Au commencement était l'information...

Le but de la physique n'est pas de découvrir ce qu'est la nature, mais ce qu'on peut dire sur elle.
 Niels Bohr.


L'article le plus extraordinaire, et qui aurait mérité les gros titres des journaux, c'est celui intitulé "Il n'y a plus de paradoxes quantiques". L'événement est de taille. D'abord d'une interprétation qui semble enfin satisfaisante pour une théorie quantique qui dérange nos conceptions physiques depuis 1920, ensuite d'en donner une explication simple et compréhensible par tous alors que la complexité mise en jeu était désespérante comme en témoigne le livre de Michel Bitbol, Mécanique quantique, une introduction philosophique (Flammarion), paru en 1996 et qui ouvrait pourtant déjà les voies de la solution trouvée. Le plus remarquable enfin c'est que la solution tient dans le concept d'information, permettant d'interpréter la physique quantique comme "la formalisation des contraintes que l'information impose aux lois physiques". D'une certaine façon ce "formalisme prédictif contextuel" échappe à la physique comme théorie de l'expérimentateur qu'on peut dire méta-physique et même méta-physique Kantique !

Cela fait longtemps que j'avais été frappé, comme Kojève, par l'identité de la critique par Kant de nos représentations, préformées par nos catégories et laissant la chose-en-soi hors d'atteinte (transcendante), avec la théorie quantique introduisant aussi l'observateur dans son observation et, au moins dans l'interprétation formaliste de la théorie (celle de Copenhague), une limite à notre savoir, renonçant au réalisme de son objet. "Nous n'avons en effet accès au monde que par les informations que nous lui soutirons". Que cette identité des théories kantiennes et quantiques soit reconnu est un acquis important.

On peut dire que dès le début on en était très proche dans les formulations de Bohr, et pourtant cela n'a pas empêché de nombreux délires et logiques paradoxales de fleurir sur les ambiguïtés d'une théorie qui rompait avec le réalisme physique, ce que Einstein par exemple avait beaucoup de mal à admettre. Nous faisons des modèles mais la carte n'est pas le territoire. "La théorie ne décrit pas les caractéristiques d'objets réels mais l'information dont on dispose à leur sujet". L'enjeu est bien là, il s'agit de quitter la physique proprement dite pour un formalisme probabiliste de la prédiction englobant les autres sciences ("Je ne connais aucune généralisation de la mécanique quantique qui fasse sens. C'est-à-dire que je ne connais aucune théorie plus vaste et logiquement consistante dont la mécanique quantique apparaisse comme un cas particulier", Weinberg, cité dans Bitbol p233). La complexité grandissante de la théorie faisait déjà dire à Koestler que la physique quantique est dans un état aussi instable que l'était l'astronomie des épicycles avant Kepler. On y est.

S'il n'y a plus de paradoxe quantique, c'est qu'une particule n'est pas à deux endroits à la fois, c'est seulement sa probabilité qui est égale. Selon Anton Zeilinger, "l'irréductible caractère aléatoire lié aux mesures quantiques vient simplement du fait qu'un système ne contient pas assez d'information pour donner une réponse déterminée à toutes les questions que l'on peut se poser expérimentalement". Il a fallut démontrer l'évidence "que la quantité totale d'informations disponibles sur un système est toujours limitée et invariante en l'absence de nouvelles observations". "La question de savoir pourquoi la nature apparaît quantifiée est juste une conséquence du fait que l'information elle-même est nécessairement quantifiée". Cette dernière assertion me semble fondamentale, réduisant la quantification (comme disait Bitbol en 1996) à "l'opposition entre le continu des distributions probabilistes et le discontinu du constat empirique singulier ; entre l'instrument prédictif et le fait".

Il me semble qu'il y a aussi une propriété physique des quantas, un effet de seuil entre champ d'énergie continu et particule qui ne se confond pas avec les contraintes d'une information toujours discrète, propriété du signifiant qui permet de réduire toute information au système binaire de l'informatique. La valeur h de la constante de Planck reste une donnée physique. C'est sûrement une illusion de vouloir "dériver les notions de matière, d'énergie, d'espace et de temps à partir de la seule notion d'information". Il ne faut pas réduire l'être à la pensée. La notion d'information n'est d'ailleurs pas suffisante quand il s'agit en fait d'apprentissage, de savoir, de système cognitif. De même il faudra sans doute revoir la théorie des cordes et abandonner les rêves de téléportation ou d'ordinateur quantique...

En effet, selon Jeffrey Bub, spécialiste de cryptologie quantique, "il y a trois contraintes fondamentales liées au transfert d'information : l'impossibilité d'envoyer une information plus vite que la lumière, l'impossibilité de cloner parfaitement une information contenue dans un système physique dont l'état est inconnu, et l'impossibilité de s'assurer de l'inviolabilité des clés de codage cryptographiques" ce qui permettrait "de déduire les trois principales caractéristiques de la théorie quantique (micro-causalité, non-commutativité et corrélation)".

Si le livre de Michel Bitbol n'allait pas tout-à-fait aussi loin, restant dans l'hypothétique et, pour cela entre autres, extrêmement ardu comme on l'a déjà souligné, il en préparait pourtant étonnamment les avancées actuelles en interprétant la mécanique quantique comme "une théorie contextuelle (décrivant des phénomènes définis, non par eux-mêmes mais par rapport à tout un contexte expérimental)". En montrant qu'on pouvait déduire les spécificités de la théorie quantique à partir de son caractère de "formalisme prédictif contextuel", il engageait déjà la reconstruction de la théorie mais le concept d'information lui donne toute sa portée en même temps qu'il clarifie ses formulations trop abstraites.

"Si le rôle de la physique est bien de décrire la nature de ce monde, résume Jeffrey Bub, le rôle de la mécanique quantique est, lui, d'étudier comment les contraintes de l'information troublent cette description". Elle ne décrit pas la structure de notre univers mais avant tout celui de notre regard. La physique rejoint ainsi la méta-physique de la connaissance (kantienne), la réflexion sur ses conditions de possibilité. On pourrait croire que cet "idéalisme" ne concerne que les probabilités quantiques. Il n'en est rien car arrivé à ce point, on se rend compte que la relativité restreinte peut elle-même se réduire à une déduction logique du principe "qu'il existe des lois de la nature" comme l'a démontré Jean-Marc Lévy-Leblond en 1976. Jamais sans doute depuis Hegel on n'avait autant rapproché logique et existence, l'a priori du concept et le concret de l'expérience dans une pure logique du savoir au-delà des contraintes de l'information. "Alors que la mécanique quantique décrit les conditions d'accès au monde et les contraintes que la notion d'information impose aux lois physiques, la théorie de la relativité restreinte, elle, décrit les conditions d'intelligibilité de ce monde et les contraintes spatio-temporelles induites par ses lois. Toutes deux sont des théories préalables à toute autre".

24/08/02

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